近日， Journal of Experimental Botany 雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室別之龍教授團隊和澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)Sergey Shabala教授團隊合作的研究成果論文，題為 Tissue-specific respiratory burst oxidase homologue -dependentH2O2 signaling to the plasma membrane H+-ATPase confers potassium uptake and salinity tolerance in Cucurbitaceae 。該文解析了南瓜耐鹽性強于黃瓜的重要分子生理機制，主要原因在于南瓜根尖RBOHD在鹽脅迫下產(chǎn)生H2O2信號，通過質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控鉀吸收，進而影響南瓜根尖細胞活力和耐鹽性，而黃瓜鉀吸收受到的調(diào)控則不明顯。
南瓜的耐鹽性強于黃瓜，是黃瓜的重要砧木，將黃瓜嫁接到南瓜砧木上能顯著提高耐鹽性，然而，南瓜和黃瓜耐鹽性差異的分子生理機制一直不明確。過氧化氫（H2O2）作為一種重要的活性氧信號分子，參與許多植物生長發(fā)育和抗性調(diào)控過程。本研究利用細胞活力染色、非損傷離子選擇性微電極（MIFE）、鉀含量測定、H2O2熒光成像等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)南瓜耐鹽性強于黃瓜，而且南瓜根尖具有較高的鉀吸收速率、鉀含量和H2O2水平。轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)南瓜根尖85%的差異基因顯著上調(diào)，黃瓜只有52%的差異基因顯著上調(diào)。鹽脅迫下南瓜NADPH氧化酶、14-3-3蛋白、質(zhì)膜H+-ATPase及鉀轉(zhuǎn)運相關(guān)基因RBOHD、GRF12、AHA1和HAK5顯著上調(diào)表達，黃瓜中則無明顯變化。利用NADPH氧化酶抑制劑DPI對材料根系進行預(yù)處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加抑制劑DPI后南瓜根系H2O2形成受阻，GRF12、AHA1、HAK5表達、質(zhì)膜H+-ATPase活性和鉀吸收速率顯著下降，外源H2O2處理則結(jié)果相反。進一步使用CRISPR/Cas9基因編輯和擬南芥轉(zhuǎn)基因手段，驗證了南瓜RBOHD產(chǎn)生的H2O2信號，通過質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控鉀吸收和耐鹽性的分子生理機制。
基于上述研究結(jié)果，論文提出南瓜強于黃瓜耐鹽的重要機制，主要在于南瓜根尖RBOHD在鹽脅迫下產(chǎn)生H2O2信號，通過質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控鉀吸收，進而影響南瓜根尖細胞活力和耐鹽性，而黃瓜鉀吸收受到的調(diào)控則不明顯。
園藝林學(xué)學(xué)院黃遠副教授為論文第一作者，通訊作者為別之龍教授和澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)Sergey Shabala教授，該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和國家留學(xué)基金委項目的資助。
該文轉(zhuǎn)自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，略有改動。論文鏈接：
https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erz328/5530665
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